본 연구에서는 초고진공(UHV, ultra high vacuum) 분자선 에피성장(MBE, molecular beam epitaxy) 시스템을 제작하여, ZnSe/GaAs[001]을 증착하였고, 증착된 박막의 특성을 SEM(scanning electron microscopy), AFM(atomic force microscopy)으로 조사하여, 분자층 단위의 조밀하고 균일한 표면특성을 보이고 있음을 확인할 수 있었다 XRD(x-ray diffractometer)를 이용하여, GaAs[001]기판의 XRD peak 위치와 ZnSe 박막의 XRD peak 위치가 각자 일치함을 확인할 수 있었다. PL(photoluminescence)로는 대략 437nm에서 발광하는 것이 관측되었으며, 2인치 ZnSe 박막의 PL mapping을 측정하였다.
본 연구에서는 초고진공(UHV, ultra high vacuum) 분자선 에피성장(MBE, molecular beam epitaxy) 시스템을 제작하여, ZnSe/GaAs[001]을 증착하였고, 증착된 박막의 특성을 SEM(scanning electron microscopy), AFM(atomic force microscopy)으로 조사하여, 분자층 단위의 조밀하고 균일한 표면특성을 보이고 있음을 확인할 수 있었다 XRD(x-ray diffractometer)를 이용하여, GaAs[001]기판의 XRD peak 위치와 ZnSe 박막의 XRD peak 위치가 각자 일치함을 확인할 수 있었다. PL(photoluminescence)로는 대략 437nm에서 발광하는 것이 관측되었으며, 2인치 ZnSe 박막의 PL mapping을 측정하였다.
We have installed an ultra high vacuum (UHV) molecular beam epitaxy (MBE) system and investigated into the characteristics of MBE-grown ZnSe/GaAs [001] using scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), we confirmed that layer's surface was dense and uniform of molecular layer....
We have installed an ultra high vacuum (UHV) molecular beam epitaxy (MBE) system and investigated into the characteristics of MBE-grown ZnSe/GaAs [001] using scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), we confirmed that layer's surface was dense and uniform of molecular layer. We used x-ray diffractometer (XRD) and confirmed two peaks correspond to GaAs [001] substrate and ZnSe epilayer, respectively. We observed photoluminescence (PL) peak approximately at 437 nm and measured PL mapping of 2 inch ZnSe epilayer.
We have installed an ultra high vacuum (UHV) molecular beam epitaxy (MBE) system and investigated into the characteristics of MBE-grown ZnSe/GaAs [001] using scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), we confirmed that layer's surface was dense and uniform of molecular layer. We used x-ray diffractometer (XRD) and confirmed two peaks correspond to GaAs [001] substrate and ZnSe epilayer, respectively. We observed photoluminescence (PL) peak approximately at 437 nm and measured PL mapping of 2 inch ZnSe epilayer.
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문제 정의
최근에는 chemical vapor deposition(CVD) 및 hot wall epitaxy(HWE) 방법으로 양질의 박막을 성장하는 것이 가능하게 되었고 이에 따라 최근에는 광소자 개발에 많은 관심을 보이고 있다[3-5]. 본 연구에서는 이전까지 수입에만 의존하던 분자선 에피성장 시스템의 핵심 부품에 해당하는 분출 증발원을 이용한 분자선 에피성장 시스템을 국산화하였고, ZnSe/GaAs[001] 박막의 특성을 조사하였다. 향후에 상당한 수입대체 효과가 기대되며, 기타 여러 분야에서도 새로운 수요가 창출될 수 있을 것으로 기대된다.
대상 데이터
크라이오펌프는 용량이 2400 〃s으로 주챔버에 장착되어 있고, 터보분자펌프는 용량이 350 으로 주챔버에 장착되어 있으며, 주챔버 및 보조챔버의 고 진공 분위를 만드는데도 사용된다. 최종 배기펌프로는 Oil He인 건식펌프를 사용하였고, 보조챔버의 저진공 분위기를 만드는데도 사용되었다. 직경 2인치 크기의 시편이 5장 장착가능하고, 회전과 Z축 방향으로의 움직임도 가능하며, 시편의 증착을 조절하는 셔터 (shutter)도 장착되어 있다.
진공도 측정용 이온게이지 및 분압 측정 장치는 GP307(Granville Philips)을 사용하였고, 두께 측정 장치는 STM-lOO(Sycon)을 사용하였다. 분출 증발원은 120 cc 대용량의 Zn용과 Se용으로 각각 STE-1000S (ALPHA PLUS Co., Ltd.)를 사용하였다. Fig.
GaAs[001]기판 위에 ZnSe를 증착하기 위한 공정 조건은 다음과 같다. Zn용 분출 증발원 1개와 Se용 분출 증발원 1개를 각각 이용하였다. 기판의 온도는 300℃, Zn용 분출 증발원의 온도는 325℃, Se용 분출 증발원의 온도는 190℃일 때의 기초 진공도는 5X 10”Torr, 증착시의 진공도는 5><10”Ton이었고, 증착 시간은 3시간 이였으며, 두께 측정 장치를 통한 ZnSe 의증 착 율은 1.
이론/모형
직경 2인치 크기의 시편이 5장 장착가능하고, 회전과 Z축 방향으로의 움직임도 가능하며, 시편의 증착을 조절하는 셔터 (shutter)도 장착되어 있다. 진공도 측정용 이온게이지 및 분압 측정 장치는 GP307(Granville Philips)을 사용하였고, 두께 측정 장치는 STM-lOO(Sycon)을 사용하였다. 분출 증발원은 120 cc 대용량의 Zn용과 Se용으로 각각 STE-1000S (ALPHA PLUS Co.
성능/효과
성장된 것으로 판단된다. Fig. 8에서는 XRD를 이용한 ZnSe/GaAs[001] 박막의 구조분석 결과를 보여주는데, GaAs(200)와 ZnSe(200)의 면간격 d는 각각 2.8250 A과 2.8349 A이고, GaAs(400)牛 ZnSe(400)의 면간격 d는 각각 1.4136 A과 1.4170 A인데 GaAs[001]기판의 XRD peak 위치와 ZnSe/GaAs[001] 박막의 XRD peak 위치가 일치함을 확인할 수 있었다.
후속연구
것으로 판단된다. 분자선 에피성장의 특성인 단결정으로 성장 시키지는 못했지만 모든 grain이 같은 방향으로 성장되고 있기 때문에, 추후 향상된 에피성장 조건실험으로 단결정성장 및 양질의 박막을 만들 수 있을 것으로 예상된다.
본 논문에서는 초고진공 분자선 에피성장 시스템을 이용한 ZnSe/GaAs[001] 박막의 증착이 성공적으로 이루어졌음을 확인할 수 있었으며, 국내 초고진공 연구개발과 관련된 시스템들을 국산화함으로써, 외산장비의 수입대체효과가 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 이전까지 수입에만 의존하던 분자선 에피성장 시스템의 핵심 부품에 해당하는 분출 증발원을 이용한 분자선 에피성장 시스템을 국산화하였고, ZnSe/GaAs[001] 박막의 특성을 조사하였다. 향후에 상당한 수입대체 효과가 기대되며, 기타 여러 분야에서도 새로운 수요가 창출될 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (7)
S.H. Bae, S.R. In, K.H. Chung, Y.B. Lee and Y.H. Shin, 'Vacuum science' (Hankyung, Seoul, 2000) p. 681-695
S.M. Chung, J.W. Lee and C.Y Park, 'Introductory Vacuum Science & Technology' (Cheong Moon Gak, Seoul, 2001) pp. 412-420
S. Fujiwara, H. Morishita, T. Kotani, K. Matsumoto and T. Shirakawa, 'Growth of large ZnSe single crystal by CVT method', J. Cryst. Growth 186 (1998) 60
T. Yamaguchi, K. Ando, K. Koizumi, H. Inozue, H. Ishikura, T. Abe and H. Kasada, 'Self-compensation of the phosphorous acceptor in ZnSe', J. Appl. Phys. 37 (1998) 1453
K.J. Hong and S.N. Baek, 'Properties of photoluminecience for ZnSe/GaAs epilayer grown by hot wall epitaxy', J. K. Cryst. Growth and Cryst. Tech. 13 (2003) 105
M.J. Kim, H.S. Lee, J.Y. Lee, T.W Kim, K.H. Yoo and M.D. Kim, 'Effect of thermal annealing on the surface, optical, and structural properties of p-type ZnSe thin films grown on GaAs (100) substrates', J. Mat. Sci. 39 (2004) 323
J.S. Song, J.H. Chang, S.K. Hong, M.W. Cho, H. Makino, T. Hanada and T. Yao, 'Improvement in crystallinity of ZnSe by inserting a low-temperature buffer layer between the ZnSe epilayer and the GaAs substrate', J.Cryst. Growth 242 (2002) 95
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